CP_PPGEE_M_Ronqui, Larissa Agnes Pereira dos Santos_2015

92 Pages·2015·3.1 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
CÂMPUS CORNÉLIO PROCÓPIO
DIRETORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
MESTRADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

LARISSA AGNES PEREIRA DOS SANTOS RONQUI

LABORATÓRIO REMOTO DE AUTOMAÇÃO PARA APRENDIZAGEM DE
CONCEITOS DE REDES DE PETRI

DISSERTAÇÃO

CORNÉLIO PROCÓPIO
2015
LARISSA AGNES PEREIRA DOS SANTOS RONQUI

LABORATÓRIO REMOTO DE AUTOMAÇÃO PARA APRENDIZAGEM DE
CONCEITOS DE REDES DE PETRI

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Engenharia Elétrica da
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
como requisito parcial para obtenção do título
de “Mestre em Engenharia Elétrica”.

Orientador: Prof. Dr. Marcos Banheti Rabello
Vallim

CORNÉLIO PROCÓPIO
2015
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação

R773 Ronqui, Larissa Agnes Ferreira dos Santos
Laboratório remoto de automação para aprendizagem de conceitos de redes de Petri / Larissa
Agnes Ferreira dos Santos Ronqui. – 2015.
88 p. : il. ; 30 cm

Orientador: Marcos Banheti Rabello Vallim.
Dissertação (Mestrado) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Programa de Pós-
graduação em Engenharia Elétrica. Cornélio Procópio, 2015.
Bibliografia: p. 75-79.

1. Laboratórios experimentais. 2. Petri, Redes de. 3. Controle automático. 4. Engenharia
elétrica – Dissertações. I. Vallim, Marcos Banheti Rabello, orient. II. Universidade Tecnológica
Federal do Paraná. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. III. Título.

CDD (22. ed.) 621.3
Biblioteca da UTFPR - Câmpus Cornélio Procópio
Ministério da Educação
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus Cornélio Procópio

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica

Título da Dissertação Nº 025:
“Laboratório remoto de automação para aprendizagem de conceitos de
redes de Petri”.
por
Larissa Agnes Pereira dos Santos Ronqui
Orientador: Prof. Dr. Marcos Banheti Rabello Vallim

Esta dissertação foi apresentada como requisito parcial à obtenção do grau de
MESTRE EM ENGENHARIA ELÉTRICA – Área de Concentração: Sistemas Eletrônicos
Industriais, pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica– PPGEE – da
Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR – Câmpus Cornélio Procópio, às 9
horas do dia 28 de outubro de 2015. O trabalho foi aprovado pela Banca Examinadora,
composta pelos professores:

________________________________ __________________________________
Prof. Dr. Marcos Banheti Rabello Vallim Prof. Dr. Antonio Eduardo Carrilho da Cunha
(Presidente) (IME)
_________________________________
Prof. Dr. Wagner Endo
(UTFPR)
Visto da coordenação: __________________________________
Paulo Rogério Scalassara
Coordenador do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
UTFPR Câmpus Cornélio Procópio
A Folha de Aprovação assinada encontra-se na Coordenação do Programa.
À Deus, à minha família, aos amigos, aos professores e ao
meu orientador, pelo apoio, força, incentivo,
companheirismo e amizade. Sem eles nada disso seria
possível.
AGRADECIMENTOS

A Deus por me amparar nos momentos difíceis, me dar força interior para superar as
dificuldades, mostrar os caminhos nas horas incertas e me suprir em todas as minhas
necessidades.
À minha família, pelo apoio e compreensão nos períodos de ausência, em especial
aos meus pais - Oswaldo e Vera -e à minha irmã, Mayara Ronqui. À minha companheira
incondicional, Carolina Ribeiro, pelo amor e paciência.
Ao meu orientador e amigo, Prof. Dr. Marcos Banheti Rabello Vallim, por acreditar
em mim, me mostrar o caminho da ciência, por ser um exemplo de pessoa e profissional que
sempre fará parte da minha vida.
Um agradecimento especial ao Prof. Dr. Wagner Endo por toda ajuda no decorrer
destes anos, principalmente pelo incentivo para participar do programa de mestrado.
A todos os professores do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da
UTFPR – Câmpus Cornélio Procópio, pelos conhecimentos transmitidos no decorrer destes
anos.
A todos os amigos que fizeram parte desta caminhada, por todos os momentos e
conhecimentos compartilhados, em especial, agradeço a Rodrigo Pita e a Lucas Belório.
À UTFPR pelo suporte acadêmico e tecnológico.
À Capes, pelo apoio financeiro disponibilizado por meio de bolsa de estudo demanda
social.
Talvez não tenha conseguido fazer o melhor, mas lutei
para que o melhor fosse feito. Não sou o que deveria ser,
mas Graças a Deus, não sou o que era antes.
(Marthin Luther King)
RESUMO

RONQUI, Larissa Agnes Pereira dos Santos. Laboratório Remoto de Automação para
Aprendizagem de Conceitos de Redes de Petri. 2015. 88 f. Dissertação - Programa de Pós-
Graduação em Engenharia Elétrica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Cornélio
Procópio, 2015.

O ensino na área de automação industrial, em cursos de engenharia, além dos fundamentos
teóricos, requer o aprendizado prático de implementação de redes de Petri, hardwares e
softwares dos controladores lógicos programáveis. Para desenvolver conhecimentos e
habilidades, é necessário o uso intensivo de laboratórios, os quais nem sempre estão
disponíveis nas universidades. Nesse contexto, os laboratórios remotos contribuem para
prover experiências e aprendizado prático real, por meio do controle de equipamentos a um
número maior de alunos e de universidades diferentes. Este trabalho tem por finalidade
implementar um laboratório remoto de automação para viabilizar práticas de aprendizagem de
redes de Petri. O laboratório remoto disponibiliza experiências a partir de plantas industriais
virtuais e as implementa utilizando um controlador lógico programável (CLP) que é
programado em Grafcet de acordo com tarefas pré-definidas. A lógica de controle das plantas
industriais é modelada em rede de Petri Interpretada e, posteriormente, é gerado um programa
em Grafcet. O laboratório possibilita a qualquer usuário, conectado à internet, a possibilidade
de enviar e monitorar comandos remotamente de forma interativa e rápida. Para demonstrar a
utilização do laboratório, foi realizado um cenário no qual são descritas as ações de um
usuário do sistema e a resposta do sistema às ações do usuário, para a modelagem e controle
de uma planta de dosagem de tinta. O trabalho apresenta também um estudo de usabilidade,
realizado com dez alunos voluntários do curso de graduação em Engenharia de Controle e
Automação, levando em consideração características de inteligibilidade, apreensibilidade,
operacionabilidade e atratividade do laboratório remoto.

Palavras-chave: Laboratório Remoto, Redes de Petri, Grafcet.
ABSTRACT

RONQUI, Larissa Agnes Pereira dos Santos. Laboratory Automation for Remote Concepts
Learning Petri Nets. 2015. 88 f. Dissertação – Programa de Pós Graduação em Engenharia
Elétrica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Cornélio Procópio, 2015

In education in industrial automation, engineering courses, in addtion to theoretical
foundations, it requires practical learning implementation of Petri nets, hardware and software
for programmable logic controllers. To develop the knowledge and skills intensive use of
laboratories, which are not always available in universities. In this context, remote
laboratories contribute to provide experiences and real hands-on learning throught the
equipment control to a great number of different students and universities. This study aims to
propose build a remote lab automation to provide experiments of Petri nets. Experiences are
drawn from a virtual and industrial systems implemented using a programmable logic
controller (PLC) that is programmed in Grafcet according to predefined specifications. The
system to be modeled is implemented in Petri net and the generated in a program Grafcet.
The laboratory enables any user connected to the internet can send and monitor remotely
commands interactively and quickly. To demonstrate the use of the laboratory, a practical
experiment was carried out with the control of an ink production following step by step
guidelines given to the remote user. The paper also presents a usability study conducted with
ten course the student volunteers degree in Control and Automation Engineering, taking into
account characteristics of understandability, learnability, operability and attractiveness of the
remote laboratory.

Keywords: Remote Laboratory, Petri Net, Grafcet.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES - FIGURAS

Figura 1 - Visão geral do laboratório remoto de qualidade de energia elétrica. .......... 26
Figura 2 - Experiências disponíveis. .................................................................................... 27
Figura 3 - Kit experimental Lab-RAI. ................................................................................... 28
Figura 4 – Arquitetura laboratório remoto. ........................................................................ 29
Figura 5 - Gráfico da frequência das justificativas quanto ao uso de laboratórios
remotos. ................................................................................................................................... 30
Figura 6 - Representação de lugar (círculo), transição (barra) e arco (seta). ............. 34
Figura 7 - Sistema batelada. ................................................................................................ 36
Figura 8 - Modelo rede de Petri. .......................................................................................... 36
Figura 9 - Processamento de dados da rede de Petri interpretada para controle. ...... 38
Figura 10 - Estação de coleta de petróleo. ........................................................................ 40
Figura 11 - Modelo do controle. ........................................................................................... 40
Figura 12 - Exemplo de estrutura de um Grafcet. ............................................................ 42
Figura 13 – Grafcet acionamento de cilindros. .................................................................. 43
Figura 14 - Conversão RdP para Grafcet. ........................................................................... 47
Figura 15 - Arquitetura laboratório remoto de automação. ............................................ 51
Figura 16 - Página inicial do laboratório remoto ............................................................... 54
Figura 17 - Ambiente de programação Step7. .................................................................. 55
Figura 18 - Ambiente ITS PLC. ............................................................................................. 56
Figura 19 - Sensores e atuadores sistema de dosagem de tintas.................................. 58
Figura 20 – RdPI reservatório e tanque de medição tinta vermelha. ............................ 61
Figura 21 – RdPI reservatório e tanque de medição tinta verde. .................................. 61
Figura 22 - RdPI reservatório e tanque de medição tinta azul. ...................................... 62
Figura 23 - RdPI tanque de mistura.................................................................................... 62
Figura 24 - RdPI para produção de tinta branca. ............................................................. 63
Figura 25 - Grafcet para produção de tinta branca. ......................................................... 64
Figura 26 - Visualização do sistema de dosagem para produção de tinta branca. ..... 65
Figura 27 - Modelo de qualidade interna e externa. ........................................................ 66
Figura 28 - Gráfico com resposta de inteligibilidade. ....................................................... 67